王圖欽，張明成

（陜西長(zhǎng)青能源化工有限公司，陜西 寶雞 721405）

陜西長(zhǎng)青能源化工有限公司（以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)青公司）是以煤為原料生產(chǎn)甲醇的現(xiàn)代煤化工企業(yè)，設(shè)有3臺(tái)水煤漿氣化爐，2開1備，單臺(tái)氣化爐投煤量為1 500 t/d，甲醇產(chǎn)能為60萬(wàn)t/a。該項(xiàng)目于2013年5月建成投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了滿負(fù)荷運(yùn)行，甲醇產(chǎn)量約2 000 t/d，投產(chǎn)1個(gè)月后，裝置通過(guò)性能考核并轉(zhuǎn)入商業(yè)運(yùn)行。目前，精甲醇產(chǎn)量約2 300 t/d，達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷的115%。經(jīng)過(guò)近10年運(yùn)行摸索，長(zhǎng)青公司甲醇裝置已基本具備穩(wěn)定性高、操作彈性大、負(fù)荷高的特性，但在運(yùn)行期間也暴露出較多影響長(zhǎng)周期運(yùn)行的問(wèn)題。以下對(duì)存在的問(wèn)題及采取的技術(shù)改造措施進(jìn)行介紹，供同類型企業(yè)借鑒、參考。

1 60萬(wàn)t/a甲醇裝置工藝流程

長(zhǎng)青公司60萬(wàn)t/a煤制甲醇工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 煤制甲醇工藝流程示意圖

由儲(chǔ)運(yùn)裝置輸送的原料煤，經(jīng)兩臺(tái)棒磨機(jī)制備成煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)約63%的水煤漿，水煤漿和氧氣在氣化爐中反應(yīng)產(chǎn)生粗煤氣，粗煤氣經(jīng)一段耐硫?qū)挏刈儞Q，產(chǎn)生氫碳比（體積比）為2.2∶1.0的粗合成氣，粗合成氣進(jìn)入低溫甲醇洗工藝脫除多余的二氧化碳和對(duì)甲醇合成催化劑有害的硫化氫等物質(zhì)。被脫除的硫化氫氣體進(jìn)入硫回收裝置，通過(guò)克勞斯反應(yīng)器生成硫磺。凈化后的合成氣經(jīng)壓縮機(jī)提壓后送至甲醇合成塔，在高壓高溫的條件下反應(yīng)生成粗甲醇，粗甲醇通過(guò)四塔高效精餾后得到合格的精甲醇產(chǎn)品。

該項(xiàng)目氣化部分采用6.5 MPa的GE水煤漿氣化工藝、凈化部分采用Linde的低溫甲醇洗工藝、合成及精餾部分采用Casale工藝，均屬國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的工藝技術(shù)。

2 存在的問(wèn)題及技術(shù)改造

2.1 工藝燒嘴磨蝕損壞

氣化爐燒嘴正常運(yùn)行周期為55 d～65 d，使用后期煤漿噴頭磨損大，霧化效果差，容易造成煤漿偏流。另外，燒嘴冷卻水盤管在高溫高壓的惡劣環(huán)境下運(yùn)行，容易產(chǎn)生坑蝕[1]。運(yùn)行期間燒嘴噴頭磨損及冷卻盤管坑蝕情況見(jiàn)圖2。

圖2 燒嘴噴頭磨損及冷卻盤管坑蝕情況

解決措施：一是將冷卻水盤管材質(zhì)由Inconel600升級(jí)為Inconel625。二是將燒嘴壓差由0.4 MPa提高到0.6 MPa。對(duì)燒嘴部件間隙、深度等進(jìn)行調(diào)整，中外噴頭環(huán)隙(5.3±0.2)mm、中噴頭深度（8.4±0.3）mm、內(nèi)噴頭深度（73.9±0.5）mm、外氧頭口徑（65.1±0.3）mm、煤漿頭口徑（47.0±0.3）mm。三是將燒嘴整體長(zhǎng)度由原來(lái)的1 085 mm調(diào)整為1 053 mm，減少外噴頭暴露在火焰中程度。四是在燒嘴噴頭的內(nèi)腔表面噴涂抗物理磨蝕的UMCo-50硬質(zhì)耐磨鑲套合金。

2.2 洗滌塔排黑水管線堵塞

洗滌塔在開車階段受到熱膨脹的影響，系統(tǒng)內(nèi)形成的大量垢片堵塞渣水角閥和管道，致使洗滌塔排黑水不通。運(yùn)行到后期時(shí)因排黑水管線堵塞，導(dǎo)致水中細(xì)渣在洗滌塔底部沉積無(wú)法排出。積渣達(dá)到一定程度時(shí)，洗滌塔液位計(jì)取壓管堵塞，洗滌塔液位計(jì)顯示不準(zhǔn)[2-3]。

解決措施：一是將洗滌塔排黑水管線切斷閥前后兩個(gè)彎頭由5D彎頭改為大半徑10D彎頭，防止塊渣在管道彎頭處堵塞；二是在洗滌塔排黑水管線切斷閥后設(shè)計(jì)一路開工管線，將開車過(guò)程中脫落的塊渣第一時(shí)間排至撈渣機(jī)；三是在洗滌塔排黑水管線進(jìn)入備用角閥底板處設(shè)計(jì)開工管線，當(dāng)系統(tǒng)壓力高于1.0 MPa無(wú)法繼續(xù)向撈渣機(jī)排放時(shí)，關(guān)閉至撈渣機(jī)排放閥門，打開黑水管線至備用角閥底兩道手閥，繼續(xù)將水中的塊渣通過(guò)角閥的下部管線排放至高壓閃蒸罐，排放一定量后關(guān)閉該手閥，使用角閥控制流量。黑水管線改造部分為流程示意圖3中的虛線框部分。

圖3 黑水管線改造流程示意圖

2.3 變換系統(tǒng)汽提塔塔頂冷凝器頻繁內(nèi)漏

變換系統(tǒng)汽提塔用以脫除工藝?yán)淠褐械腘H3、H2S、CO2等組分，避免其在系統(tǒng)中的循環(huán)累積。但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于汽提塔脫除的氣相組分復(fù)雜，導(dǎo)致汽提塔塔頂冷凝器頻繁泄漏。2016年7月汽提塔塔頂冷凝器開始出現(xiàn)換熱管泄漏情況，截止到2018年8月因管束泄漏檢修5次，共堵管119根（堵管率16.1%)。2018年11月汽提塔塔頂冷凝器整體更新，更新后又不斷發(fā)生管束泄漏現(xiàn)象，截止到2020年6月，因管束泄漏檢修5次，共堵管265根（堵管率36%)。E2110換熱管腐蝕泄漏情況見(jiàn)圖4。

圖4 E2110換熱管腐蝕泄漏情況

經(jīng)專業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)換熱器腐蝕機(jī)理分析，確認(rèn)泄漏原因是在NH3-CO2-H2S-HCl-CO-H2O復(fù)雜介質(zhì)環(huán)境下發(fā)生了以氯化銨腐蝕為主、氰化物等促進(jìn)為輔共同作用所導(dǎo)致的腐蝕減薄。

解決措施：一是將原換熱器的換熱管由312不銹鋼管升級(jí)為鈦管，提高材質(zhì)的抗腐蝕性；二是增加換熱器的列管數(shù)和換熱管直徑，提高換熱器的換熱面積，降低換熱器內(nèi)部的氣體流速，減少?zèng)_刷腐蝕。

2.4 渣水系統(tǒng)閥門出現(xiàn)沖蝕泄漏

閃蒸系統(tǒng)的黑水來(lái)自氣化爐和洗滌塔，黑水中固體含量相對(duì)較高，運(yùn)行過(guò)程中易出現(xiàn)角閥底部堵板泄漏、角閥閥芯閥座磨損。

解決措施：一是在黑水角閥筒體三通處堆焊鋼板，進(jìn)行加厚處理；二是在角閥后筒體內(nèi)部增加耐磨襯里，減緩黑水對(duì)角閥筒體的沖刷；三是增加導(dǎo)流管，減少氣液兩相流對(duì)三通處的沖刷，導(dǎo)流管增加在角閥閥芯擴(kuò)散頭處，直徑與角閥擴(kuò)散頭直徑一致。導(dǎo)流管插入深度位于三通底部管線300 mm處。

2.5 2#合成裝置進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥故障

低溫甲醇洗工段5.3 MPa的凈化氣由調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)入2#合成裝置，系統(tǒng)發(fā)生故障需緊急停車時(shí)，操作人員遠(yuǎn)程關(guān)閉調(diào)節(jié)閥切氣。調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障，需現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)關(guān)閥，但手動(dòng)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥時(shí)間較長(zhǎng)，在此過(guò)程中新鮮氣會(huì)源源不斷的進(jìn)入合成系統(tǒng)，造成合成觸媒超溫。

解決措施：在2#合成系統(tǒng)進(jìn)口新鮮氣調(diào)節(jié)閥閥前增加1臺(tái)氣動(dòng)切斷閥，并將新增切斷閥遠(yuǎn)程控制引至合成裝置中控DCS操作畫面；更改系統(tǒng)聯(lián)鎖，在SIS系統(tǒng)增設(shè)觸媒床層溫度高高及汽包液位低低關(guān)閉新鮮氣切斷閥聯(lián)鎖。

2.6 棒磨機(jī)進(jìn)料鼓形給料系統(tǒng)頻繁泄漏

煤顆粒從煤稱重給料機(jī)落入鼓形給料系統(tǒng)，靠重力自流進(jìn)入棒磨機(jī)，煤顆粒落入鼓形給料系統(tǒng)對(duì)給料管底部造成撞擊，同時(shí)煤顆粒在通過(guò)給料管時(shí)對(duì)底部鋼棒進(jìn)行摩擦，造成鼓形給料管頻繁泄漏。

解決措施：利用廢舊鋼板在鼓形給料系統(tǒng)外部設(shè)計(jì)夾層，夾層中間灌入水泥，避免煤顆粒直接與鼓形給料管接觸摩擦，改造運(yùn)行至今未出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。同時(shí)在密封處設(shè)計(jì)壓縮空氣噴頭，也有效防止了物料的泄漏。

2.7 精餾塔空冷器冷凝效果差

精餾常壓塔塔頂壓力控制范圍為9 kPa～13 kPa，空氣冷卻器進(jìn)口溫度約為64℃，出口溫度61℃～63℃，在夏季工況下，常壓塔塔頂壓力可達(dá)37 kPa以上，同時(shí)預(yù)精餾塔塔頂溫度也可見(jiàn)顯著升高，造成了甲醇蒸氣揮發(fā)逃逸，影響精餾裝置整體負(fù)荷。

解決措施：一是在預(yù)塔和常壓塔塔頂空冷器后各增加1臺(tái)水冷卻器；二是在空氣冷卻器增加4組噴淋管，噴淋管上加裝104個(gè)噴頭，夏季高溫運(yùn)行工況下，對(duì)空冷器噴冷脫鹽水進(jìn)行降溫。正常運(yùn)行期間耗水量15 m3/h，滿足精餾負(fù)荷的要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

煤制甲醇生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)、工藝過(guò)程復(fù)雜、生產(chǎn)連續(xù)性要求高，實(shí)現(xiàn)裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行一直是技術(shù)人員鉆研的課題。長(zhǎng)青公司通過(guò)近些年一系列的改造，氣化爐單獨(dú)運(yùn)行周期均到達(dá)140 d以上，日產(chǎn)精甲醇可穩(wěn)定達(dá)到2 300 t以上，全系統(tǒng)年安全穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間達(dá)到350 d以上，完全達(dá)到了預(yù)期效果。當(dāng)然，裝置還存在其他方面的問(wèn)題和缺陷，需進(jìn)一步解決和完善，以保證系統(tǒng)的安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行。